張家口壩上地區不同禾草生產性能及營養品質評價

謝楠，劉振宇，馮偉，智健飛，李夢，杜姿璇，劉忠寬

(1.河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北省肥料技術創新中心，河北 石家莊 050051；2.河北省農林科學院，河北 石家莊 050031)

河北壩上地區屬華北農牧交錯帶，也是河北省主要的畜牧業基地。但隨著社會經濟發展和人口增加，草原資源開發利用強度加劇，忽略了草地生態系統的保護與建設，草原退化、土地沙化現象嚴重，退化面積已占全國草地面積的30%[1]，且產草量低、草質差。草地資源的不合理利用致使生物多樣性減少，草地生產力下降[2]，放牧家畜采食不足，生產性能降低[3]，直接影響農牧交錯帶區域的生產功能和生態功能[4]，也極大地影響到該地區草地畜牧業健康持續發展。同時，隨著首都水源涵養功能區和生態環境支撐區的實施，亟待進行草地生態治理及修復。但因受干旱少雨等自然環境條件的限制，草地生產力的提升受到一定影響，所以堅持以資源為基礎，篩選適宜壩上氣候特點的優勢牧草種質資源，建植人工牧草生產基地，提升牧草單位面積產量及飼用價值尤為重要，這也是建植人工草地，快速恢復退化草地的重要措施之一。

禾草是我國北方地區主要的牧草種類之一。在所有的優良牧草中，禾本科牧草約占43%，是許多草地的建群種及主要優勢種[5]，具有適口性好、營養價值高、抗逆性強、用途廣泛等諸多優點，受到種植戶和養殖戶的認可。其中無芒雀麥(Bromusinermis)耐牧性、抗旱性強[6]，與冰草(Agropyron)、披堿草(Elymus)均適宜冷涼地區種植，可用于建植人工草地和牧區天然草地改良[7-8]；紫羊茅(Festucarubra)耐旱、耐寒，適應性強[9]，適合人工草地建設[10]。這幾種禾草立足不同生態類型區的適應性評價、篩選已有報道[11-14]。而張家口壩上地區適宜栽培牧草的篩選評價研究報道較少，僅有姚澤英等[15]選擇垂穗披堿草和無芒雀麥針對混播草地進行混播效果及種植模式研究。因此，本研究以收集的耐旱、抗寒性強，適合冷涼地區種植的禾草為試材，在產量、農藝性狀、營養成分等各項指標分析的基礎上，對其生產性能及營養品質進行綜合評價，旨在篩選出適合張家口壩上地區種植的優異禾草資源，同時挖掘不同禾草的生產潛力，豐富我國北方干旱、半干旱地區適宜種植的牧草種類，不僅為不同禾草的引種及應用推廣提供理論依據，還能促進人工草地建植和草地生產力的提升。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料共計7個，其中老芒麥、無芒雀麥(原野)、扁穗冰草、細莖冰草(牧豐)由北京正道種業有限公司提供；披堿草(垂穗一級)、披堿草(垂穗二級)、紫羊茅由河南鄭州開元草業科技有限公司提供。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗地概況 試驗在位于張家口市察北管理區(E 114°00′～118°15′，N 41°10′～42°20′)的國家牧草產業技術體系張家口綜合試驗站進行。屬于溫帶大陸性季風氣候，無霜期短，風大沙多且降水少。年平均氣溫2.9 ℃，年降水量為300～450 mm。土壤類型為沙壤土，0～20 cm耕層土壤基礎養分含量為有機質21.44 g/kg，堿解氮107.03 mg/kg，速效磷5.72 mg/kg，速效鉀124.60 mg/kg；20～40 cm土壤養分含量為有機質18.60 g/kg，堿解氮87.22 mg/kg，速效磷6.43 mg/kg，速效鉀121.10 mg/kg，pH值8.03。

1.2.2 試驗設計 試驗于2019年5月28日播種，采用隨機區組設計，3次重復，小區面積15 m2(行長5 m，寬3 m)，行距30 cm，人工開溝條播，播量45 kg/hm2，播深3 cm。試驗地四周設置2 m寬的保護行。全生育期不進行追肥，播種后采用噴灌灌溉，以保證出苗，視試驗地情況及時除草。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生產性能 草產量：于生長第2年開花期測產，收獲時選取小區一半面積，去掉邊行和兩側各50 cm行頭，對剩余面積全部刈割進行測產，之后折算成公頃產量。并通過品種的干鮮比折算干草產量。

株高：每小區隨機取10株，于刈割時分別測量從地面至植株最高部位的高度，計算平均值。

莖葉比：每小區分別隨機取鮮草樣500 g，將其莖、葉(包括穗部)分開，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重后稱重，計算莖葉比(莖質量/葉質量)。

干鮮比：每小區隨機取500 g鮮草樣稱重，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重后稱重，計算干鮮比(干/鮮)。

1.3.2 營養成分 可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量采用蒽酮-硫酸法測定[16]；粗灰分(Crude Ash)含量采用馬福爐550 ℃灰化法測定；粗蛋白質(Crude protein，CP)含量采用凱氏定氮法測定[17]；粗脂肪(Ether extract，EE)含量采用索氏提取法測定[18]；中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(Aciddetergent fiber，ADF)的含量采用范式洗滌纖維法測定[19]。

1.4 生產性能評價

隸屬函數法和標準差系數賦予權重法

利用不同禾草各單項指標的平均值進行綜合評價。

1.4.1 數據標準化 運用隸屬函數對各指標進行標準化處理，公式如下：

(1)

公式(1)中：Xj表示第j個綜合指標值；Xmin表示第j個綜合指標的最小值；Xmax表示第j個綜合指標的最大值。根據公式(1)計算每個禾草不同指標的隸屬函數值。

1.4.2 權重確定 采用標準差系數法(S)，用公式(2)計算標準差系數Vj，公式(3)歸一化后得到各指標的權重系數Wj。

(2)

(3)

公式(2)中：n表示禾草個數；Xij表示某個禾草的第j個綜合指標值。

1.4.3 綜合評價值 用公式(4)計算不同禾草的綜合評價值D。

(4)

1.5 粗飼料分級指數(Grading index，GI)評定[20]

以奶牛為飼養對象，計算公式：

GI=NEL×VDMI×CP/NDF

VDMI=1.2×BW/NDF

NEL(禾本科牧草)=[1.085-(0.0124×ADF)]×9.29。

式中：VDMI(kg/d)為飼草干物質隨意采食量；NDF(%)為中性洗滌纖維含量；NEL(MJ/kg)為產乳凈能值；CP(%)為粗蛋白含量；ADF(%)為酸性洗滌纖維含量；CP、NDF、ADF含量以干物質為基礎；BW以奶牛體重600 kg計。

1.6 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2007進行數據處理，運用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同禾草的產草量及其相關農藝性狀指標的比較

干草產量排在前3位的依次為扁穗冰草、細莖冰草(牧豐)、老芒麥，3個材料間無顯著差異，其中扁穗冰草干草產量最高，為2 771.28 kg/hm2；紫羊茅最低，為933.17 kg/hm2，僅有最高材料的1/3(表1)。7個材料的株高為36.67～66.47 cm，細莖冰草(牧豐)最高，其與老芒麥、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)4個材料間無顯著差異，與其他3個材料呈顯著差異(P<0.05)，紫羊茅最低，較最高材料低30 cm之多。莖葉比最高的是扁穗冰草，為1.642，顯著高于其他材料(P<0.05)；無芒雀麥(原野)次之，為1.457；紫羊茅最低，為0.393，葉片量遠大于莖稈量，其他材料的莖葉比均在1以上。扁穗冰草的干鮮比最高,為0.511；其后依次為細莖冰草(牧豐)、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)、老芒麥，且這5個材料間無顯著差異；無芒雀麥(原野)和紫羊茅相對較低，干鮮比均在0.4以下，并顯著低于其他材料(P<0.05)。

表1 不同禾草的產量性狀、農藝性狀

2.2 不同禾草的營養成分分析

扁穗冰草的可溶性碳水化合物含量最高，顯著高于其他材料(P<0.05)，達到了6.90%；紫羊茅次之(5.80%)；細莖冰草(牧豐)和披堿草(垂穗二級)可溶性碳水化合物含量相對較低，不足最高材料的1/2，且二者間無顯著差異(表2)。無芒雀麥(原野)的粗蛋白含量最高，為11.56%；細莖冰草(牧豐)最低，為8.26%；其他材料為8.75%～10.57%，變化幅度相對較小。紫羊茅、無芒雀麥(原野)、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)的粗脂肪含量位居前4位，且這4個材料間無顯著差異，并顯著高于其他3個材料(P<0.05)；扁穗冰草的粗脂肪含量最低，為2.20%。粗灰分含量最高的是老芒麥(8.56%)，其后扁穗冰草、細莖冰草(牧豐)、紫羊茅，粗灰分含量均大于7.70%，這4個材料間無顯著差異，與其他材料呈顯著差異(P<0.05)；披堿草(垂穗二級)粗灰分含量最低，為4.80%。披堿草(垂穗一級)酸性洗滌纖維含量最高，為34.17%，顯著高于其他材料(P<0.05)；其他材料為28.47%～30.97%，相差較小，材料間無顯著差異。中性洗滌纖維含量最高的是細莖冰草(牧豐)，為60.25%，顯著高于其他材料(P<0.05)；扁穗冰草次之；紫羊茅中性洗滌纖維含量最低，為47.16%(表2)。

表2 不同禾草的營養成分指標

2.3 綜合評價

供試材料的綜合評價值順序為：扁穗冰草>老芒麥>細莖冰草(牧豐)>披堿草(垂穗二級)>披堿草(垂穗一級)>無芒雀麥(原野)>紫羊茅。對禾草的營養品質采用粗飼料分級指數進行評價并排序(表3)。不同禾草的粗飼料分級指數之間存在顯著差異(P<0.05)，紫羊茅和無芒雀麥(原野)GI值較高，能達到21.50以上，且兩者間無顯著差異，但均顯著高于其他材料(P<0.05)；其他禾草的GI值為10.98～18.39，其中，扁穗冰草相對較低，尤以細莖冰草(牧豐)最低，GI值不足最高材料的1/2。

表3 不同禾草的生產性能及營養品質綜合評價

各材料的生產性能評價值和粗飼料分級指數越高，表明其生產性能和營養品質越好[21]。綜合不同禾草的生產性能及營養品質，以老芒麥和披堿草(垂穗二級)表現較好。

3 討論

草產量是衡量牧草生產性能和生產潛力的重要指標，能直接反映生產力水平。同時，草產量受牧草生長規律、生產性能、生態因子、管理水平等的影響[22]。本研究結果表明，供試的不同禾草中老芒麥、無芒雀麥(原野)、冰草、披堿草的干草產量均低于劉軍芳等[23]、馬玉寶等[24]和趙德華等[25]的研究結果，這可能與所選擇的品種、刈割期、播種量及土壤條件差異有關。株高與產量呈正相關關系，一定程度上能反映牧草的生產性能[21]。本研究中，除紫羊茅外，其他禾草的株高為48.04～66.47 cm，較成熟期禾草的株高(60～105 cm)[26]偏低，這與測定時期有直接關系，但也符合植株生長規律。莖葉比是牧草經濟性狀的主要指標。供試禾草中無芒雀麥(原野)的莖葉比(1.457)，低于趙德華等[25]對無芒雀麥于開花期刈割時莖葉比的報道結果(2.64～3.25)，可能與品種、測定方法有關。鮮干比可以反映牧草的含水量和干物質積累程度[27]，能較好的反映牧草的適口性及品質[28]。供試禾草中，紫羊茅和無芒雀麥(原野)的干鮮比較低，適口性較好，與馬玉寶等[26]對鮮干比的研究結果有所差異，可能與品種和刈割時期有關。

營養成分是評價牧草營養價值的重要指標，其營養物質的含量直接關系到牧草品質的優劣[29]。本研究中老芒麥、無芒雀麥(原野)、披堿草的CP含量(9.48%～11.56%)、EE含量(2.87%～3.46%)、Ash含量(4.80%～8.56%)均高于景美玲等[11]、趙德華等[25]報道的開花期3種禾草相應指標含量(CP含量5.48%～8.25%；EE含量1.39%～2.18%；Ash含量4.49%～5.70%)，不同指標變化幅度的差異可能與品種、生境條件有關。冰草的CP含量(8.26%～8.75%)、EE含量(2.20%～2.49%)、Ash含量(7.75%～7.77%)均低于馬玉寶等[12]在抽穗前的測定結果(CP含量16.88%～20.49%；EE含量3.55%～4.75%；Ash含量7.00%～7.80%)，這可能與不同刈割期有直接關系。研究中紫羊茅的CP含量(10.57%)略低于鄭立等[10]的研究結果(12.92%)，可能與品種和外界環境有關。本研究發現，同一禾草不同品種的某項指標間略有差異，可能與自身的遺傳特性有關[21]。

隸屬函數和標準差系數賦予權重法，是一種能比較系統、全面地反映品種生產性能優劣的有效方法，在牧草作物綜合評價研究中已有應用[21,30]。采用隸屬函數和標準差系數賦予權重法綜合評價供試禾草的生產性能，避免了單一性狀指標對結果產生的片面性影響。而對于個別品種來說，如供試禾草中的紫羊茅，雖然生產性能綜合評價相對較差，但具有株高偏矮，葉量豐富柔軟，適口性較好，營養品質優的特性，作為人工放牧草地建植的潛力還有待進一步挖掘，應與試驗表現相結合，不應一次予以否決，這與景美玲等[11]的觀點相同。

本研究中供試禾草的播種量參照常規栽培種植[31]和引進建議播種量進行，對于人工草地建植，為提高種植密度和產量，可適當增加播種量。王生文等[32]在研究中也指出，播種量較小時，植株無法充分利用資源空間，從而不能獲得較高的產量和營養。同時適宜播種量確定還應與當地氣候和土壤條件相結合，以提升人工草地的生產力。不同禾草在人工放牧草地建植中的適宜播種量，需在以后的試驗中做進一步的研究。此外，由于本研究為大田小區試驗，對大田生產具有一定的指導意義，但未進行人工草地的放牧試驗，有關人工草地建植不同禾草的耐牧性需要在以后的試驗中進行深入分析。

4 結論

在張家口壩上地區通過對所引進的不同禾草進行生產性能及飼用品質的綜合評價，結果表明：扁穗冰草、細莖冰草(牧豐)、老芒麥草產量相對較高；紫羊茅的營養品質高于其他禾草；采用隸屬函數和標準差系數賦予權重法及粗飼料分級指數綜合分析，其中老芒麥和披堿草(垂穗二級)的草產量及品質較好，更適宜該地區人工草地種植、利用。研究結果可為豐富該地區人工草地的建植及多元化種植結構提供技術支撐。